一种混合有限元-谱边界积分法模拟摩擦故障

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在地震相关的时空尺度上，理解复杂断裂带中出现的地震和地震滑动的模式是一个具有重大社会意义的问题，它继续引起科学和工程领域的兴趣。本文提出了一种新的混合有限元-谱边界积分(SBI)方程格式来解决这一问题。该方法可以模拟速率和状态断层的滑动演化，具有近场非均质性或非线性，受到缓慢的构造加载过程和自发发生的事件的影响。这种结合FE-SBI的方法抓住了有限元在非线性或小尺度异质性问题建模中的优势，以及SBI的计算优势。该方案启用的域截断允许我们利用高分辨率有限元离散来捕获可能存在于断层周围狭窄域中的不均匀性或复杂性。结合自适应时间步进算法，该框架为高分辨率断裂带物理地震周期建模提供了新的机会。在这项初步研究中，我们考虑了一个二维(2-D)反平面模型，其中垂直走滑断层受速率和状态摩擦控制，并嵌入具有弹性非均质性的介质中。建议的方法首先使用SCEC SEAS存储库中的基准问题BP-1进行验证。然后利用该计算框架对不同宽度和顺应度的低速断裂带(LVFZ)内嵌断层的地震序列和地震滑动进行建模。我们的研究结果表明，足够柔顺的lvfz有助于出现未能穿透到自由表面的次地表事件，并可能经历具有不均匀震间时间的地震群。 Furthermore, the LVFZ leads to slip rate amplification relative to the homogeneous elastic case. We discuss the implications of our results for understanding earthquake complexity as an interplay of fault friction and bulk heterogeneities.